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B e s c h r e i -b u n g zum Patentgesuch "Hydraulische Kupplungsvorrichtung"
Priorität: 27, April 1972 - FRANKREICH 25. April 1973 - FRANKREICH Die Erfindung
betrifft, allgemein betrachtet, hydraulische Kupplungsvorrichtungen nach der Art
von Strömungskupplungen od. dgl..
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Derartige Vorricntungen weisen gewöhnlich zwei SchaufelrE-der auf,
von denen jeweils eines mit einer Antriebs- und einer Abtriebswelle verbunden ist;
die Schaufelräder stehen einander in einer Weise gegenüber, daß sie miteinander
eine Arbeitsstrombahn für das in der Vorrichtung befindliche Arbeitsfluid bildet.
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Um solche hydraulischen Kupplungsvorrichtungen, insbesondere Vorrichtungen
mit unveränderlicher Füllung zu kühlen, werden üblicherweise an der Aussenseite
LUftungsflügel angebracht, aber derartige Vorkehrungen sind acht immer ausreichend
wirkungsvoll.
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Darüber hinaus sind Strömungskupplungen mit variabler FU1-lung bekannt,
an denen Entnahmevorrichtungen angebracht sind, die im allgemeinen aus einem Schöpfgefß
in einer ausserhalb der Arbeitsstrombahn befindlichen Kammer, die mitder Arbeitsstrombahn
verbunden ist, besteht. Dieses Schöpfgefäß ist in Längsrichtung einstellbar, damit
eine Änderung des Volumens des eingefüllten Arbeitsfluids und damit eine Veränderung
des Betriebsverhaltens der Vorrichtung herbeigeführt werden kann.
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Man hat schon in Erwägung gezogen, Strömungskupplungen, die mit einem
solchen Schöpfgefäß ausgestattet sind und mit variabler Füllung arbeiten sollen,
mit gleichbleibender Füllung arbeiten zu lassen und zwar nur deshalb, weil das Schöpfgefäß
es gestatten würde, das Arbeitsfluid in diesen Kupplungen durch einen aussenliegenden
Wärmeaustauscher laufen zu lassen.
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Es zeigt sich aber leicht, daß eine solche Anordnung, lediglich zum
Kühlen des Arbeitsfluids bestimmt, platzraubend und kostspielig ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine hydraulische Kupplungsvorrichtung
zu entwickeln, die mit einer Einrichtung versehen ist, die auf einfache Weise und
bei geringem Platzbedarf, also insgesamt wirtschaftlich, die Kühlung des Arbeitsfluids
zu erreichen gestattet.
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Die hydraulische Kupplungsvorrichtung, etwa eine Strömungskupplung
od. dgl., mit zwei, an einer Antriebswelle bzw.
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einer Abtriebswelle angebrachten Schaufelrädern, die einander derart
gegenüberstehen,-daß sie miteinander eine Arbeitsstrombahn für das in der Vorrichtung
verwendete Arbeitsfluid bilden, ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Entnahmerohr
vorgesehen ist, das drehfest mit einer-der Wellen verbunden ist und unmittelbar
in einen Abschnitt der Arbeitsstrombahn eintaucht, die durch das mit dieser Welle
fest verbundene Schaufelrad gebildet wird, daß das Entnahmerohr mit einem abgeschlossenen
Raum in Verbundung steht, der mit einem ausserhalb der Arbeitsstrombahn gelegenen,
mit dieser in Verbindung stehenden abgeschlossenen Raum verbunden ist und daß das
Entnahmerohr praktisch von einem verhältnismässig nahe der Vorrichtungsachse gelegenen
Befestigungsende, mit dem das Rohr an der es tragenden Welle angebracht! ist, bis
zu einem freien Ende reicht, das auf einem grossen Radius der Vorrichtung und verhältnismässig
nahe an dem äusseren Rande der Vorrichtung liegt und mit dem eine Entnahme von Arbeitsfluid
erfolgen kann.
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Der abgeschlossene Raum ist zweckmässigerweise als ausserhalb der
Vorrichtung gelegener Wärmeaustauscher ausgebildet.
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Als Welle, mit der das Entnahmerohr drehfest verbunden ist, kommt
sowohl die Antriebs- wie die Abtriebswelle in Betracht, aber in jedem Fall wird
das freie Ende des Entnahmerohrs vorzugsweise gegen den Strom bezüglich der Arbeitsfluidströmung
in der Arbitsstrombahn gerichtet.
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In jedem Fall ist das unmittelbar in die Arbeitsstrombahn eintauchende
Entnahme rohr in der Lage, das Arbeitsfluid
direkt aufzufangen und
es dadurch dem-Wärmeaustauscher zuzuleiten, man kann aber eine Pumpe einschiten,
wenn es sich als nötig erweist, eine grössere Menge Arbeitsfluid zu kühlen, insbesondere
bei geringem Schlupf.
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Das Entnahmerohr, dem noch eine Vielzahl gleichartiger, regelmässig
über den Kreisumfang verteilter Entnahmerohre hinzugefügt werden können, befindet
sich ganz im Inneren des von den Schaufelrädern der Vorrichtung gebildeten Raums
und vergrössert die Axialerstreckung der Vorrichtung in keiner Weise.
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Die von dem Entnahmerohr weggeführte Flüssigkeitsmenge wächst mit
der Meridiangeschwindigkeit dieses Fluids in der Arbeitsstrombahn und daher mit
dem Schlupf.
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Die Entnahmemenge ist daher am größten während des Anfahrvorgangs,
wenn auch die abzuführende Wärmemenge groß ist.
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Mit dem geringer werdenden Schlupf, d.h. nach Maßgabe der Angleichung
der Winkelgeschwindigkeit des Turbinenrades an die des Pumpenrades, nimmt auch die
Menge des durch das Entnahmerohr fliessenden Fluids ab, bis sie unbedeutend oder
gleich Null wird, während aber der Schlupf nicht Null ist und eine abzuführende
Wärmemenge anfällt.
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Natürlich kann man an hydraulischen Kupplungsvorrichtungen der oben
angegebenen Art einen umlaufenden Behälter anbringen, mit dem die Arbeitsstrombahn
über einen geeichten engen Durchlaß verbunden ist und in den ein Füllrohr hineinragt,
weiches Füllrohr unverdrehbar angebracht und mit dem Arbeitskreislauf verbunden
ist.
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Die Zentrifugalkraft, die umso grösser ist, je höher die
Drehzahl
der Schaufelräder ist, d.h. auch - da die Drehzahl nahe der Normaldrehzahl ist -
je geringer der Schlupf ist, zwingt einen Teil des in der Arbeitsstrombahn befindlichen
Arbeitsfluids, aus der Arbeitsstrombahn in den zugeordneten umlaufenden Behälter
überzutreten, wobei das in den BehAlter eintauchende Füllrohr für die Rückführung
dieses Arbeitsfluids in die Arbeitsstrombahn sorgt.
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Auf diese Weise stellt sich zwischen der Arbeitsstrombahn und dem'umlaufenden
Behälter, der seinerseits einen Wärmeaustauscher für das Kühlen des Arbeitsfluids
darstellen kann, eine umso stärkere Fluidzirkulation ein, je grösser die Drehgeschwindigkeit
der Schaufelräder ist, und damit, da der Schlupf nun klein ist, eine umso stärkere
Fluidzirkulation, je kleiner die Meridiangeschwindigkeit des Arbeitsfluids in der
Arhitsstrombahn ist.
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In der Tat ist das Füllrohr im wesentlichen dazu bestimmt, eine Abänderung
der Füllung der Arbeitsstrombahn mit Arbeitsfluid und damit eine Abänderung des
Betriebs verhaltens der Anordnung zuzulassen und aus diesem Grunde werden sie im
allgemeinen in Längsrichtung in ihrer Stellung veränderbar ausgeführt, damit sie
mehr oder weniger weit in den umlaufenden Behälter eintauchen, dem sie zugeordnet
sind.
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Da jedoch bei zunehmendem Schlupf, d.h. bei Zunahme der abzuführenden
Wärmemenge,- die in Umlauf gebrachte Fluidmenge abnimmt, wird keine befriedigende
Kühlung vor allem bei starkem Schlupf erreicht.
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Bei einer abgeänderten Ausführungsform sind zur Verbesserung der Arbeitsweise
Einrichtungen vorgesehen, die bewirken sollen, daß die Menge des umlaufenden Fluids
aus der Arbeitsstrombahn zu den Wärmeaustauschern ausserhalb der Arbeitsstrombahn
unabhängig
von der Geschwindigkeit der Schaufelräder der Anordnung, d.h. unabhängig von dem
Schlupf zwischen diesen Rädern, quasi konstant bleibt.
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Insbesondere ist nach dieser abgednderten Form der abgeschlossene
Raum, mit dem das Entnahmerohr verbunden ist, ein umlaufender Behälter, mit dem
die Arbeitsstrombahn über einen geeichten, engen Durchlaß in Verbindung steht und
in den mindestens ein Füllrohr eintaucht, das unverdrehbar angeordnet ist und an
die Arbeitsstrombahn angeschlossen ist.
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Beim Anfahrvorgang und bei starkem Schlupf besorgt das Entnahmerohr
den wesentlichen Teil der Förderung von Arbeitsfluid, die in eine ausserhalb der
Arbeitsstrombahn gelegene Wärmeaustauscheranordnung gerichtet ist, wobei die Wärmeaustauscheranordnung
aus dem einzigen, der Vorrichtung zugeordneten umlaufenden Behälter bestehen kann.
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Bei geringem Schlupf bewegt sich die wesentliche Fluidmenge, die zu
der Wärmeaustauscheranordnung geführt wird, durch den dem umlaufenden Behälter zugeordneten
geeichten engen Durchlaß.
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In beiden Fällen dient das Füllrohr zum Zurückführen dieses Fluids
in die Arbeitsstrombahn.
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Die Kombination eines Entnahmerohres> eines geeichten, engen Durchlasses
und eines Füllrohres führt im Zusammenwirken dieser Organe eine Aufrechterhaltung
der Förderung von Arbitsfluid, das in die ausserhalb der Arbeitsstrombahn befindliche
Wärmeaustauscheranordnung gelangen soll, wobei diese Fördermenge unabhängig von
dem Schlupf vorteilhafterweise
praktisch konstant gehalten-werden
kann.
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Im übrigen ist es bei der Anwendung einer hydraulischen Kupplungsvorrichtung
als stufenlos regelbares Getriebe üblich, einen umlaufenden Behälter anzuwenden,
in den ein Entnahmeschöpfgefäß eintaucht, das die Standhöhe des Arbeitsfluids in
dem umlaufenden Behälter und damit in der Arbeitsstrombahn steuert und in der Lage
ist, in einen feststehenden Behälter diejenige Menge Arbeitsfluid abzugeben, die
mit Rücksicht auf seine Lage augenblicklich entbehrlich ist.
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Durch eine Längseinstellung dieses Schöpfgefäßes kann man die Menge
der in der Arbeitsstrombahn verbleibenden Menge Arbeitsfluid und dadurch das Übersetzungsverhältnis
zwischen der Antriebs- und der Abtriebswelle regulieren.
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Um unter Umständen Arbeitsfluid aus dem feststehenden Behälter in
die Arbeitsstrombahn zurückzuführen, nachdem es nötigenfalls zum Kühlen einen Wärmeaustauscher
durchlaufen hat, muß man eine derartige hydraulische Kupplungsvorrichtung mit einer
Zusatzpumpe zur Aufrechterhaltung eines entsprechenden Fluidumlaufs ausstatten.
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Eine solche hydraulische Kupplungsvorrichtung weist als wesentliche
Nachteile ihren Platzbedarf in axialer Richtung wegen des umlaufenden Behälters
auf, und sie ist wegen dieses Behälters und der erforderlichen zusätzlichen Pumpe
kostspielig.
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Nach einer anderen abgeänderten Ausführungsform der Erfindung sind
Mittel vorgesehen, die die hydraulische Kupplungsvorrichtung für den Einsatz als
stufenlos regelbares Getriebe
geeignet erscheinen lassen und die
genannten Nachteile beseitigen.
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Insbesondere ist in dieser abgeänderten Ausffihrungsform die Vorrichtung
mit einem Arbeitsfluid-Behälter versehen, der unverdrehbar angeordnet und mit der
Arbeitsstrombahn einerseits durch das Entnahme rohr und andererseits durch einen
Rücklaufkanal verbunden ist, wobei Mittel zum Einstellen des Fluidstandes in diesem
Behälter und damit des Füllungsgrads der Vorrichtung vorgesehen sind.
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Bei einer derartigen hydraulischen Kupplungsvorrichtung wird vorteilhafterweise
die Fluidzirkulation ausgenutzt, die sich in der Arbeitsstrombahn ausbildet, genauer
gesagt, die hohe Meridiangeschwindigkeit dieses Fluids am Rand der Arbeitsstrombahn,
insbesondere wenn ein verhältnismässig starker Schlupf sich zwischen dem an der
Abtriebswelle angeordneten Rad und dem an der Antriebswelle angeordneten Rad ausgebildet
hat, wobei sich diese Fluidzirkulation in der Arbeitsstrombahn in den meisten Fällen
als ausreichend erweist, um eine natürliche Zirkulation des Arbeitsfluids in dem
Entnahmerohr herzustellen und auf diese Weise eine bestimmte Menge des Arbeitsfluids
in Richtung des feststehenden Behälters abzuleiten.
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Jedoch ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, bestimmt vor allem
für den Fall, daß eine solche hydraulische Kupplungsvorrichtung auch bei verhältnismässig
geringem Schlupf zwischen dem an der Antriebswelle angebrachten Rad und dem an der
Abtriebswelle angebrachten Rad arbeiten soll, vorgesehen, in die Verbindungsleitung
zwischen dem Entnahmerohr und dem Fluidbehälter eine Pumpe einzubauen, die die Fluidzirkulation
in dieser Leitung nötigenfalls beschleunigen kann.
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In jedem Fall wird diese Fluidzirkulation mit besonders einfachen
und daher wirtschaftlichen Mitteln herbeigeführt $ Im übrigen kann der erfindungsgemässe
Fluidbehälter ein Überlaufrohr enthalten das mit der Arbeitsstrombahn der Vorrichtung
in Verbindung steht und das gegenüber dem genannten Behälter verstellbar angeordnet
ist, welch letzterer feststeht.
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In jedem Fall geht mit einer Niveauänderung in diesem BehEter eine
Änderung der in der Arbeitsstrombahn enthaltenen F1 uidmenge einher.
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Eine derartige Anordnung führt vorteilhafterweise zu wenig Platz einnehmenden
hydraulischen Kupplungsvorrichtungen, die mit nicht sehr hohem Kostenaufwand herstel-lbar
sind.
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Die Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich im übrigen aus
der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele und anhand der Zeichnungen,
diefolgendes darstellen: Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemässe
hy-Hydraulische Kupplungsvorrichtung; Fig. 2 einen vereinfachten Axialschnitt durch
diese Vorrichtung in kleinerem Maßstab zur Erläuterung der Anbringung der Wärmeaustauscherelemente;
Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht für eine abgeänderte Arbeitsweise;
Fig. 4 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht einer abgeänderten Ausführungsform
der Vorrichtung;
Fig. 5 ein Kurvenbild zur Erläuterung der Arbeitsweise
der gemäß Fig. 4 abgeänderten Vorrichtung; Fig. 6 eine nochmals abgeänderte Ausführungsform.
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Die Fig. 1 stellt eine als Strömungskupplung ausgebildete hydraulische
Kupplungsvorrichtung dar.
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Eine derartige hydraulische Kupplungsvorrichtung zeigt ein erstes
Schaufelrad 10, das im folgenden als Motor- oder Pumpenrad bezeichnet werden soll
und dessen Aussenseite eine erste Halbschale bildet; diese Halbschale ist mit ihrem
Randteil an einer zweiten Halbschale 11 befestigt, die bei 12 mit einer nicht gezeichneten
Antriebswelle drehfest verbunden werden kann.
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Die beiden Halbschalen umschliessen miteinander einen Innenraum, in
dem sich neben praktisch radial verlaufenden, mit dem Pumpenrad 10 starr verbundenen
Schaufeln 13 Schaufeln 14 befinden, die praktisch radial verlaufend von einem zweiten
Schaufelrad 15 getragen werden das nachfolgend als Empfonger rad oder Turbinenrad
bezeichnet werden soll und das drehfest auf einer Abtriebswelle 16 befestigt ist,
die in der gezeichneten Ausführungsform die Vorrichtung in deren voller Ausdehnung
durchzieht.
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Zwischen dieser Abtriebswelle 16 und den beiden Halbschalen 10, 11
sind, wie üblich, Wälzlager 17> 18 und Dichtungen 19, 20 angebracht.
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Wie an sich ebenfalls üblich, sind den Schaufelrädern 109 15 Leitbleche
22, 23 in der Nähe der Abtriebswelle 16 zugeordnet, und die an diesen Rädern befindlichen
Schaufeln 13, 14
stehen einander in einem Kreisabschnitt 25 des
von den Rädern umschlossenen Innenraums gegenüber, welcher Abschnitt allgemein als
Arbeitsstrombahn bezeichnet wird.
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Gemäß der Erfindung befindet sich mindestens ein Entnahmerohr 26 im
Inneren des fraglichen Raums und dieses Rohr ist an der Abtriebswelle 16 angebracht.
Bei der praktischen Ausführung sind mehrere derartige Rohre, beispielsweise drei
Rohre, vorgesehen, und diese Rohre sind über den Kreisumfang gleichmässig verteilt;
um die nachfolgende Beschreibung zu vereinfachen, soll im folgenden nur ein solches
Rohr beschrieben werden.
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Das Entnahmerohr 26 liegt im grossen und ganzen in einer durch die
Vorrichtungsachse verlaufenden Ebene.
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Genauer gesagt zieht es sich von einem Befestigungsende 27, das verhältnismässig
nahe an der Vorrichtungsachse liegt und mit dem es in einen in die Abtriebswelle
16 geschnittenen, radial verlaufenden Kanal 28 eingelegt und somit dreh fest an
diese Achse angeschlossen ist, bis zu einem freien Ende 29, das dem Aussenrand der
Vorrichtung verhältnismässig nahe ist und mit dem es in die Arbeitsstrombahn 25
dort, wo diese durch das Turbinenrad 15 abgegrenzt wird, hineinragt, so daß es zwischen
zwei Schaufeln 14 des Turbinenrades liegt.
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Vorzugsweise ist das freie Ende 29, entsprechend der Darstellung in
Fig. 1, abgeschrägt, 3as freie Ende 29 liegt ferner vorzugsweise nahe der Rückwand
30 des Schaufelrades 15; dadurch wird das direkte Eintreten des Arheitsfluids, in
das Rohr 26, wie später noch gezeigt wird, erleichtert, denn die Zirkulation in
der Arbit sstrombahn 25 verläuft entsprechend den Pfeilen 31.
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Gemäß der gezeichneten Ausführungsform ist die Abtriebswelle 16 hohl;
eine Axialbohrung 3-2 führt durch die Welle.
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An dem einen Ende dieser Bohrung ist eine Keilwelle 33 angeordnet,
an dem anderen Ende eine feststehende Nabe 34.
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Die Nabe 34 bildet in Verbindung mit der Abtriebswelle 16 in deren
Innerem eine erste Kammer, mit der der radial verlaufende Kanal 28 der Abtriebswelle
16 in Verbindung steht; in den Kanal 28 ist das Entnahmerohr 26 eingeführt.
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Diese Kammer 35 ist am Ende der Nabe 34 gebildet und ist durch eine
Abschlußplatte 36 von dem Teil der Bohrung 32 abgesperrt, in den die Keilwelle 33
eingeführt ist; diese Welle 33 stellt die eigentliche Abtriebswelle dar.
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Die feststehende Nabe 34 bildet in Verbindung mit der Abtriebswelle
16 ei weitere Innenkammer 37.
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Diese zweite Kammer 37 führt in Form eines Ringes um die Nabe 34 und
steht über radial durch die Antriebswelle 16 verlaufende Kanäle 38 mit dem Innenraum
der Vorrichtung in Verbindung.
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Die~beiden Innenkammern 35, 37 sind voneinander durch eine Dichtung
39 getrennt.
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Zwischen der feststehenden Nabe 34 und der Abtriebswelle 16 liegen
ausserdem Wälzlager 40 sowie eine weitere Dichtung 41.
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Durch die feststehende Nabe 34 führt in axialer Richtung mindestens
ein Längskanal 42, der in die Innenkammer 35 mündet, und mindestens ein Längskanal
43, der über einen
radial verlaufenden Kanal 44 in die zweite Innenkammer
37 mündet.
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Mit einer solchen hydraulischen Kupplungsvorrichtung ist in üblicher
Weise ein Wärmeaustauscher 50 (Fig. 2) verbunden.
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Das Eintrittsende dieses Wärmeaustauschers ist durch eine Leitung
51 an den Längskanal 42 der feststehenden Nabe 34 angeschlossen, das Austrittsende
steht über eine Leitung 52 mit dem Längskanal 43 der feststehenden Nabe 34 in Verbindung
Beim Betrieb der Vorrichtung dringt das in der Arbeitsstrombahn 25 vorhandene Arbeitsfluid
dank dessen Zirkulation in Richtung der Pfeile 31 in das Entnahme rohr 26 ein und
wird von diesem Rohr in die Innenkammer 35 und von dort über den Längskanal 42 der
feststehenden Nabe 34 und die Leitung 51 in den Wärmeaustauscher 50 geführt.
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Nach dem Kühlen in dem Wärmeaustauscher kehrt das Arbeitsfluid durch
die Leitung 52, die Kanäle 34 und 44 der feststehenden Nabe 34, die Innenkammer
37 und den radial verlaufenden Kanal 38 der Abtriebswelle 16 in die Vorrichtung
zurück.
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Nötigenfalls kann, vor allem bei geringem Schlupf, in der Leitung
51 eine Pumpe 55 angeordnet werden, wie Fig. 2 zeigt.
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Gemäß der in Fig. 2 gezeichneten Ausführungsform ist der Wärmeaustauscher
50 unterhalb der Vorrichtungsachse angeordnet.
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Bei einer abgeänderten Ausführungsform (Fig. 3) befindet er sich oberhalb
dieser Achse.
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In diesem Fall wird vorteilhafterweise ein Rilckschlagventil 60 in
die Leitung 51 eingebaut, um bei Stillstand der Vorrichtung die Entleerung des Wärmeaustauschers
50 in die agentliche Kupplungsvorrichtung zu verhindern, denn ein derartiger Abfluß
kann den Füllungsgrad der Vorrichtung und damit ihre Betriebskennwerte ändern.
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Fig. 3 läßt im übrigen auch eine weitere Ausführungsvariante erkennen.
Bei dieser abgeänderten Bauweise, die bei jeder der allgemeinen Anordnungen nach
den Fig. 2 und 3 angewandt werden kann, ist die feststehende Nabe 34 die an der
Abtriebswelle 16 als Verbindung des Entnahmerohres 26 mit der Umgebung angebracht
ist, aussen um die Abtriebswelle herumgelegt, und in der Welle sind axial verlaufendem
längere Kanäle als Verbindungswege vorgesehen, die mit Durchlässen in der genannten
Nabe zusammenarbeiten.
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Die in Fig. 4 wiedergegebene hydraulische Kupplungsvorrichtung weist
ein erstes Schaufelrad 110 (Pumpenrad) auf, das mit seinem Randteil an einem Gehäuse
1-1-1 befestigt ist, das drehfest mit einer nicht gezeichneten Antriebswelle verbunden
werden kann.
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Das Pumpenrad 110 besitzt innenliegende, im wesentlichen radial verlaufende
Schaufeln 113.
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In dem Gehäuse 111 und dem Schaufelrad 110 gegenüberliegend ist ein
zweites Schaufelrad 114 (Turbinenrad) angeordnet5 das radial verlaufende, den Schaufeln
113 des Pumpenrades 110 gegenüberstehende Schaufeln 115 besitzt; das Turbinenrad
114
ist drehfest auf einer Abtriebswelle 116 angeordnet, auf der
das Pumpenrad 110 über ein Wälzlager 117 abgestützt ist.
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Das Pumpenrad 110 und das Turbinenrad 114 grenzen miteinander einen
als Arbeitsstrombahn bezeichneten Raum 118 ab.
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Ausserhalb der Arbeitsstrombahn 118 bildet das Gehäuse 111 zusammen
mit dem Pumpenrad 110 an dessen dem Turbinenrad 114 abgewandter Seite einen umlaufenden
Behälter 119.
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Der umlaufende Behälter 119 erstreckt sich, wie das Pumpenrad 110,
um die Abtriebswelle 116 und in dem umlaufanden Behälter 119 ist ein Füllrohr 120
angeordnet,gehalten von einer feststehenden Muffe 121, die von der Abtriebswelle
116 durch ein Wälzlager 122 und von dem Gehäuse 111 durch eine umlaufende Dichtung
123 getrennt ist.
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Bei der praktischen Ausführung erstreckt sich eine Zwischenbuchse
124 in axialer Richtung von dem Wälzlager 117 bis zum Wälzlager 122 zwischen der
Abtriebswelle 116 und der feststehenden Muffe 121.
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Das Füllrohr 120 verläuft im wesentlichen radial von einem geschlossenen
Ende 125 zu einem offenen Ende 126, das verhältnismässig nahe am Aussenrand des
Gehäuses 111 liegt.
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Durch eine oeffnung )27 ist der innere Leitungsraum dieses Rohres
an eine Leitung 128 angeschlossen, die in der feststehenden Muffe 121 ausgebildet
ist und im wesentlichen parallel zu der Vorrichtungsachse verläuft.
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An diese erste Leitung 128 schließt eine zweite Leitung 129
an,
die ebenfalls im wesentlichen parallel zudem Achse der Vorrichtung in der feststehenden
Muffe verläuft und in eine Ringnut 130 mündet, die am Ende der feststehenden Muffe
121 gegenüber dem Pumpenrad 110 gebildet ist.
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Der durch diese Ringnut 130 gebildete Raum steht in Verbindung mit
Äxialdurchlässen 132 in dem Pumpenrad 110, so daß eine Verbindung zwischen diesem
Raum und der Arbeitsstrombahn 118 entsteht.
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Bei der praktischen Ausführung liegen die Leitungen 128 und 129 der
feststehenden Muffe 121 beiderseits der mit der Zeichenebene der Fig. 4 zusammenfallenden
Axialebene der Muffe.
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Aus diesem Grunde ist in der Figur die Leitung 128 restrichelt und
die Leitung 129 strichpunktiert gezeichnet.
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Die Leitungen 128 und 129 münden ausserhalb des umlaufenden Behälters
119 und können dort entweder mittels eines nicht gezeichneten beliebigen Flansches
oder über einen ausserhalb der Vorrichtung befindlichen Wärmeaustauscher miteinander
verbunden werden.
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Das Füllrohr 120 ist in an sich bekannter Weise in Längsrichtung verstellbar
auf der feststehenden Muffe 121 angeordnet; zum Verstellen dienen ein Hebel 135,
der mit dem Füllrohr 120 gekoppelt und drehfest auf einer Welle 136 angebracht ist,
sowie ein Betätigungshebel l37, der ausserhalb des umlaufenden Behälters 119 drehfest
mit derselben Welle 136 verbunden ist.
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Am Rande der Arbeitsstrombahn 118 ist in dem Gehäuse 111 ein enger
Durchlaß 141 vorgesehen, der in an sich bekannter
Weise eine Verbindung
zwischen der Arbeitsstrombahn 118 und dem umlaufenden Behälter 119 herstellt.
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In der Abtriebswelle 116 ist ein Axialkanall43 vorgesehen, von dem
radial ein Entnahmerohr 144 abzweigt das im ganzen betrachtet in einer durch die
Achse der Vorrichtung verlaufenden Ebene liegt und in den Teil der Arbeitsstrcm.-bahn
118 reicht, der durch das Tuwbinenrad 114 gebildet ist; mit einem Ende 145 ist das
Entnahmerohr 144 in eine radiale oeffnung 146 in der Abtriebswelle 116 gefflhrt,
wethrend das freie Ende 147 des Entnahmerohres 144 verhältnismässig nahe am Aussenrande
der Arbeitsstrombahn ll8 liegt.
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Die radiale bffnung 146 der Abtriebswelle 116, in welche Öffnung das
Entnahmerohr 144 geführt ist, mündet in den Axialkanal 143 der Abtriebswelle 116.
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Die Abtriebswelle 116 weist ausserdem radiale Durchlässe 148 auf,
die eine Verbindung zwischen dem Axialkanal 143 und dem zwischen der Zwischenbuchse
124 und der Abtriebswelle 116 ausgesparten Raum herstellt; die Zwischenbuchse 124
besitzt ihrerseits den radialen Durchlässen 148 gegenüberstehende radiale Durchlässe
150, und die feststehende Muffe 121 besitzt radiale Durchlässe 152 am Ort der radialen
Durchlässe der Zwischenbuchse 124.
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Während des Anfahrvorgangs oder bei Drehzahlen, bei denen zwischen
den Rädern 110 und 114 ein hoher Schlupf auftritt, ist auch die Meridiangeschwindigkeit
des Arbeitsfluids in der Arbeitsstrombahn 118 hoch und da das Arbeitsfluid in Richtung
der Pfeile 160 in Fig. 4 umläuft, gelangt ein Teil des Arbeitsfluids von selbst
in das Entnahmerohr 144, und durch dieses hindurch, durch die Öffnung 146, den Axialkanal
143 und die Durchlässe 148 der Abtriebswelle 116 die Durchlässe 150
der
Zwischenbuchse 124 und die Durchlässe 152 der feststehenden Muffe 121 wird das von
dem Rohr 144 entnommene Fluid in den umlaufenden Behälter 119 geleitet.
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Dieses Fluid wird von dem Füllrohr 120 wiederaufgenommen, und durch
die Leitungen 128 und 129 der feststehenden Muffe 121 und die Axialdurchlässe 132
des Pumpenrades 110 kehrt das Fluid in die Arbeitsstrombahn zurück.
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Der umlaufende Behälter 119 kann selbst als Wärmeaustauscher ausgebildet
sein und die Kühlung des ihn erreichenden Fluids herbeiführen.
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Aber, wie oben ausgeführt, kann die Kühlung noch wshessert oder vervollständigt
werden, indem man die Leitungen 128 und 129 an einen aussenliegenden Wärmeaustauscher
anschließts und in diesem Fall durchfließt das ArbeitsfluidD bevor- es in die Arbeitsstrombahn
118 zurückkehrt, noch diesen Wärmeaustauscher.
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Wie schon erwähnt, ist die von -dem Entnahmerohr 144 abzezogene Menge
Arbeitsfluid beim Anfahren oder bei starkem Schlupf zwischen den Rädern 110 und
114 hoch.
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Demgegenüber ist bei geringem Schlupf die Meridiangeschwin digkeit
des Arbeitsfluids in der Arbeitsstrombahn 118 niedrig und dasselbe gilt für die
Menge des von dem Entnahmerohr 144 aus dieser Arbeitsstrombahn abgezogenen Arbeitsfluids.
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Wenn der Schlupf kleiner wird, gelangt eine zunehmende Fluidmenge
durch die enge Öffnung 141 aus der Arbeitsstrombahn 118 in den umlaufenden Behälter
119, wobei das Füllrohr 120
fur die Rückführung dieses Fluids in
die Arbeitsstrombahn 118 sorgt.
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Dank des zusammenwirkens zwischen dem Entnahmerohr 144 und der engen
Öffnung 141 bleibt die Fluidmenge, die den umlaufenden Behälter 119 erreichen kann,
unabhängig von der Drehzahl der Räder 110, 114 und damit- unabhängig von der Crosse
des Schlupfs, im wesentlichen konstant.
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Vlieses Ergebnis ist in dem Diagramm nach Fig. 5 verdeutlicht, in
dem auf der Abszisse der Schlupf G und auf der Ordinate die Menge D abgetragen ist,
die die ArbeitsstrombannllS in Richtung auf den umlaufenden Behälter 119 verleimt.
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Die Kurve D1 entspricht dem Teil dieser Fördermenge, die durch das
Entnahmerohr 144 geliefert wird, und die Kurve 1)2 gibt den von dem engen Durchlaß
141 gelieferte Menge an.
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Die Xurve D3 stellt die Summe von D1 und D2 dar; sie verläuft als
praktisch horizontal liegende Gerade.
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Gemäß der Ausführungsform nach Fig. 6 weist eine hydraulische Kupplungsvorrichtung
ein erstes Schaufelrad 210 (Pumpenrad) auf, das die äussere Form einer ersten Halbschale
hat; diese erste Halbschale ist mit ihren Randteilen an einer zweiten halbschale
211 befestigt, die mit einer nicht gezeichneten Antriebswelle drehfest verbindbar
ist.
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Diese beiden Halbschalen umgrenzen miteinander einen Innenraum, in
dem ausser den praktisch radial verlaufenden, fest mit dem Pumpenrad 210 verbundenen
Schaufeln 213 Schaufeln 219 vorgesehen sind, die praktisch radial verlaufend in
einem zweiten Schaufelrad 215 (Turbinenrad) angebracht sind, das drehfest mit einer
Abtriebswelle 216 verbunden ist, die
bei der hier gezeichneten
Ausführungsform die Vorrichtung vollständig durchsetzt. Zwischen den llalbschalen
210 bzw, 211 und der Abtriebswelle-216 sind Wälzlager 217 bzw. 218 angebracht, Ausserdem
befindet sich eine Dichtung 219 zwischen der llalbschale 211 und der Abtriebswelle
216.
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Ein unverdrehbarer Behälter 220 ist dieser hydraulischen Kupplungsvorrichtung
zugeordnet Bei der in Fig. 6 wiedergegebenen Ausführungsforn wird der Behälter 220
von einem feststehenden Flansch 221 gehalten, der die Abtriebswelle 216 ringförmig
umgibt und sich an dieser auf einem Wälzlager 222 abstützt; beiderseits dieses Wälzlagers
ist jeweils eine Dichtung 223 bzw. 224 vorgesehen, die erstere zwischen dem Flansch
221 und der Halbschale 210, die andere zwischen dem Flansch 221 und der Abtriebswelle
216.
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Zwischen dem umlaufenden Behälter 220 und der Arbeitsstrombahn 226
sind zwei Verbindungen hergestellt, die gleichzeitig von dem Pumpenrad 210 und dem
Turbinenrad 215 gebildet werden, nämlich eine Entnahmeverbindung und eine Rückführungsverbindung.
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Die Entnahmeverbindung besteht aus einem Entnahmerohr 227, das nahe
dem Aussenrand der Arbeitsstrombahn 226 in diese hineinreicht.
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Vorzugsweise ist das Entnahmerohr 227, wie gezeichnet, drehfest mit
der Abtriebswelle 216 verbunden und verläuft in
dem Teil der Arbeitsstrombahn,
die durch das mit dieser Welle drehfest verbundene Schaufelrad 215 gebildet wird,
von einem Befestigungsende 228 aus, mit dem es in einen Radialkanal 229 der Abtriebswelle
216 gesteckt ist> bis zu einem freien Ende 230, das in unmittelbarer Nähe des
Randbereichs der Arbeitsstrombahn 226 liegt.
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Zwischen seinem Befestigungsende 228 und dem freien Ende 230 folgt
das Entnahmerohr 227 vorzugsweise, wie gezeichnet, in seinem laufenden Abschnitt
dem Grunde des Turbinenrades 215 zwischen zweien seiner Schaufeln 214¢ Das Entnahmerohr
227 liegt somit praktischin einer Radial ebene der Vorrichtung.
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Die Abtriebswelle 216 ist im übrigen parallel zu ihrer Achse, vorzugsweise
koaxial zu dieser Achse, von einem Innenkanal 232 durchzogen, der mit dem Radialkanal
229 zusammenhängt, in den das Entnahmerohr 227 eingeführt ist Bei dem bezeichneten
Ausführungsbeispielbesteht ausserdem bei dem Innenkanal 232 der Abtriebswelle 216
eine Verbindung zu dem Behälter 220 über einen Durchlaß 233, der radial durch die
Abtriebswelle 216, den Rotor 234 einer 2entrifugalpumpe 235 und ein Rohr 237 läuft,
das vertikal aus dem-Boden des Behälters 220 herausragt.
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Der Rotor 234 der Pumpe 235 ist auf die Abacriebswelle 216 gekeilt
und ist in einem in den Flansch 221 gearbeiteten Ringraum 238 drehbar angeordnet;
der Rotor befindet sicken zwischen den beiden Dichtungen 2.23 und 224, genauer gesagt
zwischen der Dichtung 223 und dem Wälzlager 222. Das Rohr 237 durchstößt den Ringraum
238 und steht mit dessen Austrittsleitung
239 in Verbindung; die
Austrittsleitung verläuft vorzugsweise im wesentlichen tangential zu dem genannten
Raum (in Fig. 6 nicht erkennbar).
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Die zwischen dem Behälter 220 und der Arbeitsstrombahn 226 vorgesehene
Rückführungsverbindung weist ein Rohr 240 auf, das aus dem Boden dieses Behälters
vorsteht und das mit einem Ringraum 241 verbunden ist, der zwischen der Dichtung
223 und dem Ringraum238 um die Abtriebswelle 216 und somit zwischen den Dichtungen
223 und 224, herumgeführt ist.
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Der Raum 241 steht über Durchlässe 242g die schräg durch das Pumpenrad
210 laufen, mit der Arbaitsstrombahn 226 in Verbindung.
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Ferner sind Mittel zum Steuern der Spiegelhöhe 245 in dem Behälter
220 vorgesehen.
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Bei dem in Fig. 6 gezeichneten Ausführungsbeispiel steht der Behälter
220 fest, und die Niveausteuerung zeigt ein Überlaufrohr aus zwei teleskopartig
übereinander geschobenen Rohrabschnitten.
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Ein erster dieser Rohrabschnitte, und zwar der untere Rohrabschnitt,
wird durch das Rohr 240 gebildet, das mit dem Behälter 220 fest verbunden ist und
über das der Behälter mit der Arbeitsstrombahn 226 in Verbindung steht; der zweite
Rohrabschnitt, das ist der obere Rohrabschnitt> wird durch ein tberlaufrohr 248
dargestellt, das sich in Längsrichtung-in dem Rohr 240 verschieben läßt.
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An dem Überlaufrohr 248 ist eine Öffnung 249 vorgesehen, und das Rohr
ist mit Betätigungsmitteln, etwa einem Cabelstück
250, gekoppelt,
das um einen festen Punkt 251 schwenkbar und bei 252 an das Rohr 248 angelenkt ist.
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Es ist ohne weiteres einzusehen, daß die Fluidmenge, die in die Arbeitsstrombahn
226 einzutreten vermag, von der Standhöhe 245 dieses Fluids in dem Behälter 220
und damit von der Stellung des Überlaufrohres 248 in diesem Behälter abhängt.
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Im Betrieb zirkuliert das in der Arbeitsstrombahn vorhandene Arbeitsfluid-ven
dem Pumpenrad 210 zu dem Turbinenrad 215, am Rand der Arbeitsstrombahn 226 entlang
und von dem Turbinenrad 215 zu dem Pumpenrad 210 in dem nahe der Achse verlaufenden
Teil dieser Arbeitsstrombahn, wie es durch Pfeile F in der Figur angedeutet ist.
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Infolgedessen gelangt ein Teil dieses Fluids von selbst in das Entnahmerohr
227 und erreicht von dort den Behälter 220.
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Daher nimmt die Fluidstandhöhe in diesem Behälter zu, und das als
Ueberlauf wirkende Rohr 243 sorgt für die ständige Rückführung der Fluidmenge, die
zuvor die Arbeitsstrombahn 226 verlassen hat, in diese Bahn.
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Bei hohem Schlupf, insbesondere während des Anfahrvorgangs, kann diese
natürliche Zirkulation ausreichen; bei geringem Schlupf wird sie vorteilhafterweise
durch die Zentrifugalpumpe 235 beschleunigt.
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Auf jeden Fall kann man durch Betätigen des Gabelstücks 250 den Flu-dstand
245 in dem Behälter 220 heben oder senken und dadurch die in der Arbeitsstrombahn
226 enthaltene Fluidmenge verkleinern oder vergrössern und auf diese Weise das Übersetzungsverhältnis
zwischen der Antriebswelle und
der Abtriebswelle variieren.
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Bei einer nicht gezeigten Ausführungsform können zwei schräg angeschnittene
Rohre vorgesehen werden, die umeinander verdrehbar sind.
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In jedem Fall kann ausserdem der Behälter 220 vorteilhafterweise selbst
als Wärmeaustauscher ausgsebildet sein, oder er kann an einen derartigen Wärmeaustauscher
angeschlossen sein, um das Arbeitsfluid kühlen zu können.
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Patentansprüche: